Campo (unipolare) transistor è un dispositivo che ha tre uscite ed è controllato dall'elettrodo di controllo applicato (gate) al cancello.cancellola tensione è applicata all'elettrodo di controllo (gate). La corrente da controllare scorre attraverso il circuito source-drain.
L'idea di un tale triodo è nata circa 100 anni fa, ma non è stato fino alla metà del secolo scorso che è stato possibile avvicinarsi alla realizzazione pratica. Negli anni '50, il concetto di transistor a effetto di campo è stato sviluppato e il primo esempio funzionante è stato prodotto nel 1960. Per comprendere i vantaggi e gli svantaggi di questo tipo di triodo, è necessario capire la loro costruzione.
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Progettazione di transistor a effetto campo
I transistor unipolari rientrano in due grandi classi basate sulla tecnologia di progettazione e fabbricazione. Mentre i principi di controllo sono simili, hanno caratteristiche di progettazione che determinano le loro prestazioni.
Triodi unipolari con giunzione p-n
La struttura di un tale transistor a effetto di campo è simile a quella di un convenzionale diodo semiconduttore e, a differenza del suo cugino bipolare, contiene solo una giunzione. Un transistor a giunzione p-n consiste in un wafer di un tipo di conduttore (per esempio n), e una regione incorporata di un altro tipo di semiconduttore (in questo caso p).
Lo strato n forma un canale attraverso il quale la corrente scorre tra i pin della sorgente e del drenaggio. Il terminale del gate è collegato alla regione p. Se una tensione viene applicata al gate spostando la transizione nella direzione opposta, la regione di transizione si espande, la sezione del canale, al contrario, si restringe e la sua resistenza aumenta. Controllando la tensione di gate, la corrente nel canale può essere controllata. Il transistor può anche essere realizzato con un canale di tipo p, nel qual caso il gate è formato da un semiconduttore n.
Una caratteristica di questo design è la resistenza d'ingresso molto grande del transistor. La corrente di gate è determinata dalla resistenza della giunzione back-switched, ed è nell'intervallo di unità o decine di nanoperes a DC. In AC, la resistenza di ingresso è data dalla capacità di giunzione.
Gli stadi di guadagno costruiti con questi transistor, a causa della loro alta impedenza d'ingresso, rendono più facile l'abbinamento dei dispositivi d'ingresso. Inoltre, i triodi unipolari non ricombinano i portatori di carica e questo riduce il rumore a bassa frequenza.
In assenza di tensione di polarizzazione, la larghezza del canale è massima e la corrente attraverso il canale è massima. Quando la tensione viene aumentata, si può raggiungere uno stato in cui il canale è completamente spento. Questa tensione è chiamata tensione di taglio (Uots).
La corrente di drenaggio di un transistor a effetto di campo dipende sia dalla tensione tra gate e sorgente che dalla tensione di drenaggio-sorgente. Se la tensione di gate è fissa, la corrente aumenta quasi linearmente con l'aumento di Uci all'inizio (grafico ab). Quando si entra in saturazione, un ulteriore aumento della tensione non provoca praticamente nessun aumento della corrente di drenaggio (sezione bb). Man mano che il livello della tensione di blocco del gate aumenta, la saturazione si verifica a valori più bassi di I-stock.
La figura mostra la dipendenza familiare della corrente di drenaggio dalla tensione tra sorgente e drenaggio per diversi valori di tensione di gate. È chiaro che con Uci sopra la tensione di saturazione, la corrente di drenaggio dipende quasi esclusivamente dalla tensione di gate.
Questo è illustrato dalla caratteristica di trasferimento di un transistor unipolare. All'aumentare della tensione negativa di gate, la corrente di drenaggio diminuisce quasi linearmente fino a raggiungere lo zero quando la tensione di gate raggiunge il livello di tensione di taglio.
Triodi unipolari con gate isolato
Un'altra variante di un transistor a effetto di campo è il design con un gate isolato. Questi triodi sono chiamati transistor TDP TIR transistor (metallo-dielettrico-semiconduttore), denominazione straniera MOSFET. Un tempo si usava chiamarlo MOS (metallo-ossido-semiconduttore).
Il substrato è fatto di un conduttore di un certo tipo di conducibilità (in questo caso n), il canale è formato da un semiconduttore di un altro tipo di conducibilità (in questo caso p). Il gate è separato dal substrato da un sottile strato dielettrico (ossido) e può influenzare il canale solo attraverso il campo elettrico creato. Se la tensione di gate è negativa, il campo generato forza gli elettroni fuori dalla zona del canale, lo strato si impoverisce e la sua resistenza aumenta. Al contrario, per i transistor p-channel, l'applicazione di una tensione positiva aumenta la resistenza e riduce la corrente.
Un'altra caratteristica di un transistor a gate isolato è la sezione positiva della caratteristica di trasferimento (negativa per un triodo a canale p). Ciò significa che una tensione di una certa polarità positiva può anche essere applicata al gate, il che aumenterà la corrente di drenaggio. La famiglia di caratteristiche di uscita non è fondamentalmente diversa da quella di un triodo a giunzione p-n.
Lo strato dielettrico tra il gate e il substrato è molto sottile, quindi i primi transistor TIR prodotti (come quelli di produzione nazionale KP350) erano estremamente sensibili all'elettricità statica. Le alte tensioni hanno perforato il film sottile, rendendo il transistor inutilizzabile. Nei triodi moderni, sono state prese misure costruttive per la protezione contro la sovratensione, quindi le precauzioni contro la statica sono praticamente inutili.
Un'altra variante di un triodo unipolare a gate isolato è il transistor a canale induttivo. Non c'è un canale induttivo e nessuna corrente passerà dalla sorgente al drenaggio se non c'è tensione al gate. Se una tensione positiva viene applicata al gate, il campo che genera "tirerà" gli elettroni dalla zona n del substrato e creerà un canale nella regione vicina alla superficie per il flusso di corrente. Da questo è chiaro che un tale transistor, a seconda del tipo di canale, è controllato da una tensione di una sola polarità. Questo può essere visto anche dalla sua caratteristica di passaggio.
Ci sono anche transistor a doppio gate. Differiscono dai transistor convenzionali per il fatto che hanno due gate uguali, ognuno dei quali può essere controllato da un segnale separato, ma il loro effetto sul canale è sommato. Un tale triodo può essere rappresentato come due transistor ordinari collegati in serie.
Schema dei transistor a effetto campo
Il campo di applicazione dei transistor a effetto di campo è lo stesso che per come per i transistor bipolari.. Sono utilizzati principalmente come elementi di amplificazione. I triodi bipolari sono utilizzati negli stadi di amplificazione con tre circuiti principali:
- collettore comune (emettitore ripetitore);
- base comune;
- emettitore comune.
I transistor a effetto campo sono collegati in modo simile.
Circuito di drenaggio comune
Circuito a drain comune (sorgente-accoppiatore), simile a un ripetitore di emettitore su un triodo bipolare, non fornisce alcun guadagno di tensione, ma fornisce un guadagno di corrente.
Un vantaggio di questo circuito è la sua alta impedenza d'ingresso, che in alcuni casi è uno svantaggio - lo stadio diventa suscettibile alle interferenze elettromagnetiche. Se necessario, Rin può essere ridotto includendo una resistenza R3.
Circuito con cancello comune
Questo circuito è simile a un transistor bipolare a base comune. Questo circuito dà un buon guadagno di tensione, ma nessun guadagno di corrente. Simile al disegno della base comune, non è comunemente usato.
Circuito a sorgente comune
La disposizione più comune è la connessione a sorgente comune dei triodi a effetto di campo. Il suo guadagno dipende dal rapporto tra la resistenza Rc e la resistenza nel circuito di scarico (un resistore aggiuntivo può essere collocato nel circuito di scarico per regolare il guadagno) e dipende anche dalla pendenza della caratteristica del transistor.
I transistor a effetto campo sono anche usati come resistenze controllate. A tal fine, il punto di lavoro viene selezionato all'interno della sezione della linea. Sulla base di questo principio si può realizzare un divisore di tensione controllato.
E su un triodo a doppio gate in questa modalità, è possibile implementare, per esempio, un mixer per apparecchiature di ricezione - su un gate il segnale ricevuto, e sull'altro - il il segnale dell'eterodina.
Se accettiamo la teoria che la storia si evolve a spirale, possiamo vedere un modello nello sviluppo dell'elettronica. Dai tubi controllati in tensione, la tecnologia è passata ai transistor bipolari, che hanno bisogno di corrente per controllarli. La spirale ha chiuso il cerchio - ora c'è una dominanza di triodi unipolari che, come le lampade, non richiedono consumo di energia nei circuiti di controllo. Dove ci porterà la prossima curva ciclica si vedrà. Per ora, nessuna alternativa ai transistor a effetto campo è in vista.
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